OTN 技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用與實(shí)踐

陳光洪

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518038）

0 引 言

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展對(duì)電網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)化以及電力企業(yè)信息化水平提出了更高的要求，電力系統(tǒng)通信網(wǎng)作為專用通信網(wǎng)，是電力系統(tǒng)中的重要部分，對(duì)保障電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性具有積極的意義。光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）技術(shù)作為現(xiàn)代化的大容量傳輸技術(shù)，能夠度滿足電力系統(tǒng)通信發(fā)展需求。因此，文章對(duì)OTN 技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用展開研究。

1 OTN 技術(shù)改善

OTN 技術(shù)指以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)創(chuàng)建的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)。OTN 技術(shù)在現(xiàn)代電力企業(yè)中的應(yīng)用能夠有效滿足電力企業(yè)新業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，已經(jīng)成為傳送網(wǎng)絡(luò)主要的技術(shù)。OTN 技術(shù)具有模擬傳送功能，其與傳統(tǒng)電力通信網(wǎng)絡(luò)傳送相結(jié)合可以解決傳統(tǒng)電力通信傳輸中存在的問(wèn)題。OTN 技術(shù)主要分為光限制層（Optical Confinement Layer，OCL）、光復(fù)用段層（Optical Multiplexer Section layer ，OMS）、在線終端系統(tǒng)（On-line Terminal System ，OTS）這3 層次。OCL 層指OTN 技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中根據(jù)不同業(yè)務(wù)型號(hào)提供透明的傳輸。但電力通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸速率具有一定的差異性，因此為符合OTN 技術(shù)業(yè)務(wù)需求，在OCL 層可以實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與監(jiān)測(cè)，不斷提升管理質(zhì)量和管理水平。OMS 層指多種波長(zhǎng)信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)連接區(qū)，在應(yīng)用過(guò)程中確保多波長(zhǎng)信號(hào)傳輸?shù)耐暾?，提升通信網(wǎng)絡(luò)傳輸水平。OTS 層能夠?yàn)椴煌愋偷墓饨橘|(zhì)提供支持。

2 電力傳輸網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

2.1 現(xiàn)網(wǎng)傳輸帶寬

以廣東省某電力企業(yè)為例，該企業(yè)的主干環(huán)網(wǎng)傳輸速率為2.5 Gb/s，業(yè)務(wù)內(nèi)容包括繼電保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化業(yè)務(wù)以及數(shù)據(jù)通信等。目前，該電力企業(yè)的傳輸網(wǎng)傳輸容量不高且承載能力不足，因此無(wú)法適應(yīng)新的業(yè)務(wù)需求。為進(jìn)一步增加電力通信網(wǎng)的傳輸容量，可將傳輸容量擴(kuò)大至10G。2021 年該企業(yè)的業(yè)務(wù)帶寬如表1 所示。

表1 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬預(yù)期表

2.2 光纜資源

截至2020 年底，該電力企業(yè)通信（見圖1）光纜長(zhǎng)度為1 568.2 km，其中普通光纜總計(jì)526.4 km?，F(xiàn)已建成220 kV 線路以及110 kV 線路的全介質(zhì)自承式光纜（All Dielectric Self Supporting，ADSS）光纜骨干通信網(wǎng)，包括一干線和二干線都以華為設(shè)備為主。在OTN 技術(shù)的應(yīng)用方面，該企業(yè)已建成了6 個(gè)節(jié)點(diǎn)的OTN 網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)以環(huán)狀和鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主要運(yùn)行模式，當(dāng)前處于試驗(yàn)階段。

圖1 電力通信

3 OTN 網(wǎng)絡(luò)配置原則與設(shè)計(jì)實(shí)踐

3.1 業(yè)務(wù)端口優(yōu)化

OTN 網(wǎng)絡(luò)配置上站址的選擇需要建立在生產(chǎn)與行政數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)必要站點(diǎn)的組網(wǎng)覆蓋，根據(jù)站點(diǎn)光纜線路的不同合理選擇站址。同時(shí)，應(yīng)注重站點(diǎn)出局光纜線路的安全等級(jí)評(píng)估，完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化與配置。在端口優(yōu)化配置方面，主流OTN 的建設(shè)技術(shù)通常分為電交叉站和光放大站。該企業(yè)在建設(shè)工作中選擇不同站點(diǎn)的目的在于節(jié)省投資的基礎(chǔ)上完善網(wǎng)絡(luò)功能，從而實(shí)現(xiàn)建設(shè)效益、降低運(yùn)維難度以及完善網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)于站點(diǎn)設(shè)備配置而言，該企業(yè)建設(shè)OTN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的光纖路部分由光放大系統(tǒng)、合分波器、站端設(shè)備以及光纜為主，系統(tǒng)的擴(kuò)容余量較大，對(duì)后期的發(fā)展配置有著積極的影響。依據(jù)傳輸距離合理設(shè)置電中繼站，上下業(yè)務(wù)站點(diǎn)和電中繼站點(diǎn)需要配置OTN 電交叉設(shè)備有助于業(yè)務(wù)開展靈活性的調(diào)整。將站點(diǎn)補(bǔ)充光譜分析板調(diào)整為光衰合波板對(duì)后續(xù)的維護(hù)起到積極的作用。電交叉連接設(shè)備在配置前應(yīng)綜合考量運(yùn)維改造的需求，從而明確主設(shè)備交叉容量的可擴(kuò)容性[1]。

3.2 光放大器優(yōu)化

光放大系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)注重業(yè)務(wù)傳送和光纜物理?xiàng)l件的平衡性，電力通信光纜通常為一次線路架設(shè)，由于不同路段的距離較遠(yuǎn)，需要應(yīng)用較多的光放大器。只有不斷優(yōu)化配置，光放大系統(tǒng)才能夠進(jìn)一步降低運(yùn)維人員的運(yùn)維難度，從而有效提升優(yōu)化設(shè)計(jì)水平。在配置光放大系統(tǒng)配置過(guò)程中，應(yīng)依據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和線路光纜進(jìn)行精確計(jì)算。OTN 傳送層由光通路、光復(fù)用段組成。該電力企業(yè)的OTN 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（見圖2）構(gòu)建在現(xiàn)有通信站、變電站光纜線路基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化與升級(jí)，解決傳統(tǒng)光纜線路長(zhǎng)、光纖質(zhì)量差、站點(diǎn)遠(yuǎn)的問(wèn)題。

圖2 OTN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

3.3 業(yè)務(wù)保護(hù)

OTN 業(yè)務(wù)作為業(yè)務(wù)安全運(yùn)行的重要組成部分，業(yè)務(wù)保護(hù)方式的優(yōu)化應(yīng)依據(jù)業(yè)務(wù)類型以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同予以針對(duì)性設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的優(yōu)化、保護(hù)方案項(xiàng)目資金投入較多，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。該電力企業(yè)從現(xiàn)網(wǎng)技術(shù)出發(fā)，借助OTN 傳輸技術(shù)不斷提升業(yè)務(wù)運(yùn)行的有效性。OTN 業(yè)務(wù)保護(hù)依據(jù)倒換發(fā)生層主要分為光層和電層，其結(jié)構(gòu)為線性和環(huán)網(wǎng)。線性保護(hù)以光層線路保護(hù)、光復(fù)用段保護(hù)以及光通道保護(hù)為主；環(huán)網(wǎng)保護(hù)一般應(yīng)用于環(huán)形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，依?jù)保護(hù)原理的差異性實(shí)現(xiàn)光波長(zhǎng)共享保護(hù)環(huán)。對(duì)于光波長(zhǎng)共享保護(hù)而言，光波長(zhǎng)共享保護(hù)配置需要業(yè)務(wù)雙向工作波長(zhǎng)是異波，通過(guò)使用相同的波長(zhǎng)達(dá)到波長(zhǎng)共享的目的，為企業(yè)節(jié)約波長(zhǎng)資源和降低項(xiàng)目投入資金的同時(shí)，提升經(jīng)濟(jì)效益[2]。

3.4 網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)

不斷提升網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)有助于保障系統(tǒng)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，采用多樣化評(píng)估的方式，借助帶內(nèi)和帶外2 種網(wǎng)管通道，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元科學(xué)連接、監(jiān)控的基礎(chǔ)上降低網(wǎng)元出現(xiàn)托管的可能性。OTN 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理以分層管理為主，分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）系統(tǒng)主要由網(wǎng)元層、網(wǎng)元管理層和網(wǎng)絡(luò)管理層構(gòu)成。其中：網(wǎng)元層為物理網(wǎng)元管理控制，一般在網(wǎng)元管理層開展管理和控制工作；網(wǎng)元管理層能夠?qū)W(wǎng)元層的設(shè)備予以管控，從而實(shí)現(xiàn)OTN 設(shè)備的直接管理；網(wǎng)絡(luò)管理層主要是在網(wǎng)絡(luò)層面對(duì)OTN 網(wǎng)絡(luò)予以管理，該層面的管理能力較強(qiáng)。本地維護(hù)終端系統(tǒng)設(shè)備在安裝過(guò)程中主要是對(duì)設(shè)備開局和無(wú)線統(tǒng)一網(wǎng)管的設(shè)備予以實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而滿足運(yùn)維需求。

4 電力通信系統(tǒng)中傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

4.1 組網(wǎng)規(guī)劃

通常在電力通信網(wǎng)絡(luò)核心層中應(yīng)用到的技術(shù)有光傳送網(wǎng)技術(shù)，其可以滿足高帶寬業(yè)務(wù)、電力企業(yè)通信傳輸（見圖3）的需求。OTN 傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于骨干節(jié)點(diǎn)多，其作為電力通信網(wǎng)的核心，對(duì)營(yíng)銷系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)的建立都能夠起到積極的作用。電力通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓歉蓪泳W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在提供科學(xué)、合理數(shù)據(jù)方面有著重要的作用。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息對(duì)變電站、特高壓局以及直流換流站的順利運(yùn)行提供支持。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是骨干層基礎(chǔ)功能，由于骨干層的優(yōu)先級(jí)較高、類型為高寬帶，OTN 傳輸技術(shù)在使用過(guò)程中需要以業(yè)務(wù)流量特點(diǎn)、傳輸技術(shù)為基點(diǎn)，利用組網(wǎng)達(dá)到信息通信傳輸?shù)哪康?，并在此基礎(chǔ)上不斷提高光纖資源的使用效率。OTN 技術(shù)在電力通信中應(yīng)用需要與光纜物理網(wǎng)運(yùn)行情況相結(jié)合，采用直達(dá)路由連接的方式合理轉(zhuǎn)化備用路由[3]。

圖3 電力企業(yè)通信傳輸過(guò)程

4.2 技術(shù)測(cè)試

OTN 傳送技術(shù)應(yīng)用的根本就是通過(guò)選擇合理的測(cè)試內(nèi)容和創(chuàng)建理想化的測(cè)試拓?fù)?，最大限度滿足電力通信傳輸要求。因此，OTN 技術(shù)的測(cè)試設(shè)備在完成設(shè)備發(fā)送后確保網(wǎng)管設(shè)置的合理性。最后對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，使其符合互聯(lián)網(wǎng)分析儀開銷接收進(jìn)行全面檢查。另外，OTN 技術(shù)能夠借助互聯(lián)網(wǎng)分析對(duì)鏈路和接受幀的開銷予以全面檢查和分析。

4.3 組網(wǎng)使用

OTN 組網(wǎng)的在使用過(guò)程中應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層、實(shí)際組網(wǎng)情況以及業(yè)務(wù)傳輸需求等予以系統(tǒng)化、全面性的考量，將匯聚層和接入層進(jìn)行組網(wǎng)。OTN 的傳輸層以分層原則為基礎(chǔ)，核心層則包括電力企業(yè)的變電站，匯聚層由變電站和獨(dú)立通信站組成。子波長(zhǎng)級(jí)單元業(yè)務(wù)的顆粒通常存儲(chǔ)在核心層節(jié)點(diǎn)，為減少核心層節(jié)點(diǎn)的子波長(zhǎng)業(yè)務(wù)處理容量，采用光交叉波分設(shè)備承擔(dān)核心節(jié)點(diǎn)的中級(jí)業(yè)務(wù)可以有效解決現(xiàn)代電交叉設(shè)備容量較小的問(wèn)題。長(zhǎng)距離跨段中，借助光電光再生的方式能夠有效解決信號(hào)傳輸過(guò)程出現(xiàn)的各種問(wèn)題[4]。

與光電光中繼傳送業(yè)務(wù)相比，傳輸網(wǎng)在匯聚節(jié)點(diǎn)的波長(zhǎng)顆粒在管層面有助于提升傳輸效率和減少能源的消耗量，增加網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，避免發(fā)生光電光轉(zhuǎn)換問(wèn)題。電力通信中的接入層面節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)規(guī)模不大，調(diào)度需求也相對(duì)單一，運(yùn)用OTN 傳送技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)需求，電交叉功能使得網(wǎng)絡(luò)對(duì)波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)的調(diào)度更加靈活，因此將電交叉OTN 設(shè)備應(yīng)用到接入層能夠提升波長(zhǎng)使用效率。在完成顆粒處理后，匯聚層和接入層數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通常借助以太網(wǎng)接口接入電光混合交叉設(shè)備，核心層可實(shí)現(xiàn)通道數(shù)據(jù)單元的合理、科學(xué)封裝。核心層光電交叉設(shè)備可以在骨干傳輸?shù)木€路中進(jìn)行大業(yè)務(wù)顆粒交叉。參數(shù)同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）業(yè)務(wù)在波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)中依據(jù)小顆粒業(yè)務(wù)，基于電路調(diào)度機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶和業(yè)務(wù)的管理和控制。數(shù)據(jù)網(wǎng)中可以達(dá)到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)哪康?，合理配置網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)層級(jí)化、層次化管理[5]。

5 結(jié) 論

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電力通信網(wǎng)的優(yōu)化和完善對(duì)推動(dòng)電力行業(yè)的發(fā)展具有積極的意義。光纖技術(shù)、大容量傳輸技術(shù)的應(yīng)用為電力通信技術(shù)系統(tǒng)的升級(jí)提供了支持。OTN 傳送技術(shù)作為一種光傳輸技術(shù)，具有良好的靈活性，以大顆粒業(yè)務(wù)處理的方式進(jìn)一步提高電力傳輸效率，保障電力通信的安全性和可靠性。